基于单桩载荷试验推算群桩基础沉降的研究

论文摘要

桩基础工程中，一般都要进行单桩的静载荷试验，由此取得单桩的荷载位移曲线（P—S曲线）。目前单桩P—S曲线只是较多地应用于单桩设计承载力的验证，或用于反参数计算。虽然单桩P—S曲线包含了丰富的桩土相互作用信息，应该说在一定程度上直接反应了现场土质状况的力学性态。但是目前很少用于桩基础沉降计算中，P—S曲线没有得到充分合理的利用。因此，如何以单桩荷载试验得到的荷载位移曲线推求群桩沉降是工程界关心的问题。 本文以群桩的桩桩、桩土、土桩相互作用系数为基础，基于单桩载荷试验，探讨单桩变形与群桩沉降之间的关系。主要展开了以下研究： 1．单桩静载荷试验的试验环境虽然对极限承载力影响较小，但是对试桩的荷载位移曲线的影响是不可忽视的。因此在采用桩土体系的刚度时，对堆载法、锚桩法和自平衡法三种常见的试桩方式对荷载位移曲线的影响做了详细地讨论，并且对三种载荷试验得出的荷载位移曲线进行了合理修正。特别是针对工程常用的锚桩试桩法，应用Mindlin解，给出了锚桩上拔量对试桩影响的解答。 2．在考虑单桩桩土相互作用特点的基础上，基于桩土界面剪应力与相对位移呈双曲线关系，建立了合理的单桩计算模型；该模型考虑了桩土界面的非线性，桩以外的土体工作性态是线性的，提出桩土之间的界面是广义的协调变形。 3．本文应用可考虑桩存在的有限元方法对桩—桩相互作用系数进行数值分析，通过大量的数值计算，由数据回归分析推求出相互作用系数的简略计算公式。并且和不可考虑桩存在的Poulos方法进行了比较。对建立合理的力学模型求解相互作用系数有很好的指导意义，为准确地运用单桩载荷试验荷载唯一曲线推求群桩的沉降有很大的意义。 4．针对目前弹性理论在计算桩-桩、桩-土、土-桩相互作用系数时不能考虑桩本身存在的影响，基于Muki理论提出了可以考虑桩存在对相互作用系数影响的力学模型。 a) 基于Muki理论，提出了桩桩相互作用系数计算的力学模型，编制了相应的程序。计算结果比弹性理论计算的相互作用系数要小，但比有限元计算的相互作用系数要大。该力学模型可以从一定程度上考虑桩存在对相互作用系数的影响。 b) 桩对土体的影响系数可以直接应用Muki理论的单桩力学模型计算。 c) 建立了土体对桩影响系数计算模型，模型考虑了桩体存在对相互作用系数的影响。

论文目录

• 中文摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的提出和研究背景
• 1.2 课题研究意义和实际应用价值
• 1.3 本文研究内容安排
• 第二章 文献综述与研究现状
• 2.1 引言
• 2.2 P—S曲线确定方法研究现状
• 2.2.1 单桩的载荷试验法
• 2.2.1.1 堆载法
• 2.2.1.2 锚桩法
• 2.2.1.3 自平衡测试法
• 2.2.2 荷载传递法
• 2.2.3 弹性理论法
• 2.2.4 数值方法
• 2.3 群桩沉降计算方法研究现状
• 2.3.1 经验公式法
• 2.3.2 理论分析方法
• 2.3.3 数值分析方法
• 2.4 桩-桩相互作用系数研究现状
• 2.5 小结
• 第三章 单桩荷载位移关系的确定
• 3.1 引言
• 3.2 单桩静载荷试验曲线的修正方法
• 3.2.1 堆载对P-S曲线影响修正
• 3.2.2 锚桩对P—S曲线影响修正
• 3.2.3 曲线转换模型选择
• 3.3 单桩荷载位移曲线的拟合方法
• 3.3.1 基本假设
• 3.3.2 桩、土的变形分析
• 3.3.2.1 土的变形分析
• 3.3.2.2 桩的变形方程
• 3.3.3 广义桩土变形协调方程
• 3.3.3.1 桩土界面模型的选择
• 3.3.3.2 变形协调方程
• 3.3.3.3 参数的确定
• 3.3.4 算例分析
• 3.3.4.1 算例1
• 3.3.4.2 算例2
• 3.4 本章小结
• 第四章 群桩相互作用系数有限元分析
• 4.1 引言
• 4.2 有限元计算模型及计算参数
• 4.2.1 桩、土的本构模型
• 4.2.2 计算参数的选用
• 4.3 相互作用系数分析
• 4.3.1 概述
• 4.3.2 桩桩相互作用系数比较
• 4.3.3 长径比的影响
• 4.3.4 桩间距的影响
• 4.3.5 桩土弹性模量比
• 4.3.6 桩桩之间存在其他桩的影响
• 4.3.7 桩桩相互作用系数的数据回归
• 4.4 群桩中单桩性状分析
• 4.4.1 受荷桩对其邻桩的作用
• 4.4.2 受荷桩受力性状
• 4.5 相互作用系数影响因素分析
• 4.5.1 不同桩径和桩长的影响
• 4.5.2 平均模量
• 4.5.3 压缩层厚度影响
• 4.6 结论
• 第五章 群桩相互作用系数力学模型的建立
• 5.1 引言
• 5.2 桩桩相互作用系数力学模型建立
• 5.2.1 量纲分析
• 5.2.2 弹性杆在弹性半空间的理论解
• 5.2.3 弹性半空间的多桩数的求解
• 5.2.3.1 计算模型
• 5.2.3.2 建立求解方程
• 5.2.3.3 方程的求解
• 5.2.4 比较分析
• 5.2.4.1 数值方法的实现
• 5.2.4.2 算例结果和分析比较
• 5.3 桩—土相互作用系数的力学模型建立
• 5.3.1 计算模型
• 5.3.2 建立求解方程
• 5.3.3 方程的求解
• 5.3.4 算例结果
• 5.4 小结
• 第六章 基于单桩荷载位移关系的群桩位移性状分析
• 6.1 引言
• 6.2 群桩平均沉降的计算
• 6.2.1 计算原理
• e的确定'>6.2.1.1 单桩的弹性变形S_e的确定
• s的计算'>6.2.1.2 R_s的计算
• 6.2.2 群桩沉降计算实例
• 6.2.2.1 实例1—19层钢筋混凝土建筑物（Koerner&Partos,1974）
• 6.2.2.2 实例2—糖蜜储罐（Thorburn等,1974）
• 6.3 群桩中单桩刚度的确定
• 6.3.1 桩的刚度计算原理
• p的关系'>6.3.1.1 单桩刚度K与桩长L、桩直径D、桩身弹性模量E_p的关系
• 6.3.1.2 单桩刚度K与桩荷载P的关系
• 6.3.2 群桩中单桩刚度分析
• 6.3.2.1 群桩中单桩刚度计算
• 6.3.2.2 群桩的单桩刚度弹性比较分析
• 6.3.3.实例计算分析
• 6.3.4.小结
• 6.4 基于单桩荷载位移关系的条形基础沉降分析
• 6.4.1 概述
• 6.4.2 分析模型
• 6.4.3 空间条形基础分析模型
• 6.4.3.1 坐标系
• 6.4.3.2 局部坐标单元刚度矩阵
• 6.4.3.3 整体坐标单元刚度矩阵
• 6.4.4 桩、土分析模型
• 6.4.4.1 桩模型
• 6.4.4.2 土模型
• 6.4.5 桩—条形基础共同作用分析模型
• 6.4.6 实例验证及讨论
• 6.4.6.1 概述
• 6.4.6.2 计算参数
• 5.4.6.3 单元划分
• 6.4.6.4 计算荷载
• 6.4.6.5 计算结果分析讨论
• 6.4.7 小结
• 6.5 基于单桩荷载位移关系的桩筏形基础沉降分析
• 6.5.1 概述
• 6.5.2 分析模型
• 6.5.3 筏板分析模型
• 6.5.4 桩、土分析模型
• 6.5.4.1 桩模型
• 6.5.4.2 土模型
• 6.5.5 桩筏共同作用分析模型
• 6.5.6 方法验证
• 6.5.6.1 实例1
• 6.5.6.2 实例2
• 6.5.7 小结
• 6.6 其它影响因素的讨论
• 6.6.1 不同桩长、桩径的影响
• 6.6.2 参数对计算的影响
• 6.6.3 筏板厚度对三角形单元的影响
• 6.6.4 桩筏基础下软弱下卧层影响
• 6.7 本章小结
• 第七章 工程实例分析
• 7.1 引言
• 7.2 工程实例1
• 7.2.1 工程概况
• 7.2.2 现场测试仪器埋设介绍
• 7.2.3 试验测试
• 7.2.4 数值计算分析
• 7.2.4.1 计算参数
• 7.2.4.2 计算工况
• 7.3 工程实例2
• 7.3.1 工程概况
• 7.3.2 现场测试仪器埋设介绍
• 7.3.3 试验测试
• 7.3.3.1 单桩的静载荷试验
• 7.3.3.2 充水试验
• 7.3.4 数值计算分析
• 7.3.4.1 计算参数
• 7.3.4.2 计算工况
• 7.4 小结
• 第八章 结论与展望
• 8.1 本文主要结论
• 8.2 研究展望
• 致谢
• 参考文献
• 附录Ⅰ
• 附录Ⅱ
• 个人简历 在读期间发表的学术论文